月読アイの理系なお話『浸透圧と鼻うがい [理論編]』動画

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概要

月読アイが浸透圧の仕組みとその応用について解説する動画である。「月読アイの理系なお話」シリーズの第16作目となっている。

対象は高校生以上。分子やイオンについての知識が必要。

この動画はテーマ『浸透圧と鼻うがい』の前編にあたり、浸透圧の定義や仕組みを主に解説した後、後編の[実践編]へと続く。

台本 (全力ネタバレ注意)

もー
おにいちゃんったら
またそんなうそで
アイをだまそうとして…

おんなのこの
そんなところに
あななんて
あいてるわけないでしょ？

ほら
よくみてよ

……

ろりこんにちは♪
月読アイです

今回のお題は
2部構成となっており
この動画は
その前半部になります

お題の内容は
浸透圧について解説する――

…と見せかけて
その流れで
後半で謎の民間療法をご紹介する
催眠商法的な感じとなっております

対象は
このへんです

中学生でも
イオンとかのイメージがあれば
あとは雰囲気でなんとかなります

ほいじゃ
スタートです！

…さてと
「浸透圧」というものを
ご存知でしょうか？

マイナーではありますが
一応
高校化学のカリキュラムに
組まれてるものです

浸透圧のお話に入る前に
まずは
「半透膜」というものを
ご説明しなければなりません

と、いうわけで、今回は
「粘膜と壁圧と染み出す液体のお話」
です。やっほう☆

「半透膜（semipermeable membrane）」とは
ざっくり言ってしまえば
ちっちゃい分子を通して
おっきい分子を通さない膜のことです

例えば
今ここで
その半透膜とやらが
食塩水に浸かってたとしましょう

この中には、溶質として
ナトリウムイオンと塩素イオン
溶媒として
水分子が存在するわけですが――

水分子はちっちゃいので
この膜を通り抜けることができます

これを「浸透」
英語で「osmos is」
と言います

溶質のイオンは
デカいので通りません
このロリコンどもめ

ここで
この半透膜を隔てて
薄い塩水と濃い塩水の
2つを用意しましょう

ところで
「さっきからなんで塩水ばっかなの？
　どんな液体でもいいじゃん」
と思ったおにいちゃんもいるでしょうが――

なんだかんだでやっぱ
お塩が一番身近で安くて安全なんですよ
こぼしても砂糖水とかより被害が少ないですしね

さて
この装置をほっとくと
ちょっとおもしろい現象が発生します

こっちの水分子が
濃い塩水側に
ぐいぐい行きたがるのです

そう
半透膜を通る溶媒分子は
隙あらば
薄い液体から濃い液体へ移動しようとします

これは何故かと言いますと
この世界の物理が
平衡状態 (eq uilibrium state)
を愛してるからです

水が
高いところから低いところへ流れるのも
大気が
高気圧から低気圧へ風となって移動するのも――

電流が
高電位から低電位へ流れるのも
コーヒーが
外に熱を拡散して冷めちゃうのも――

全部
この世界が
「みんな一緒」
が大好きだからです

ですので
この子らも
「お前も同じ薄さにしてやるー」
って方向へ躍起になるわけです

ここで
よくある間違いとして――

「平衡ってんなら
　奥がぎゅう詰めなんだから
　手前に押し出されるのが筋なんじゃないの？」
とイメージしがちです

でも
そもそも、でっかいのは通れないんですから
ちっちゃいのだけ
手前側に来られたところで――

こっちがもっと濃く
こっちがもっと薄くなって
それはそれで
不均衡になっちゃいます

ここで大事なのは
割合です
男女比です
お持ち帰りできるかどうかです

さて
「そんな半透膜なんてグッズ
　何ソーで売ってんのさ？」
と思われるかもしれません

一応
文房具屋さんとかで売ってる
セロハンが
半透膜に当たります

ただし
同じ「セロハン」という名前を冠してても
不透膜（non-permeable membrane）
のものもありますのでご注意ください

セルロースを原料にして作った膜なら
全部「セロハン」って言いますので
作り方次第で
性質に幅があります

おまけに、最近は
「セロハン」って書いてるわりに実は
原料がOPP (Orie nted Po ly propylene: 延伸ポリプロピレン)
とかなのも結構あります

あと
セロハンは穴大きめですので
ちっちゃいイオンとか結構通しちゃいます
ちゃんと防げるのはコロイド以上です

ナトリウムイオンとかを防ぐとなると
かなりシビアですので
海水淡水化とかに使われる
もっとガチのやつをお求めください

他に半透膜の製品といえば
忘れちゃいけないのが
最近出てきた
脱水シートです

半透膜で挟んだ間に
高濃度のゲルを配置することで
ペラいシート一枚で
浸透を実現してます

すごい便利ですが
まだまだお高くて
気軽に使えないのが悩みどころです

ちなみに
『ピチット』の製造元は
あの極薄のパイオニア
 世界の『オカモト株式会社』様です

いつもお世話になっております

…まあ実は
そんな人工の膜の話は
今回どうでもよくてですね…

半透膜なら
天然のものが
そこら中にあります

一番身近なのは
おにいちゃん自身の
細胞の細胞膜です

これ以上ないくらい身近ですね
それ、全部半透膜です

ですので
細胞を真水につけると
細胞の中身のほうが濃いですから
こう…水を吸って膨らみます

反対に
濃い塩水なんかに浸けると
水が出てって
しぼみます

あ
安心してください
流石に普通のお肌は
そんな簡単に水を通したりしません

皮膚の表面は
ケラチン (たんぱく質)やセラミド (脂質)を
抱えたまま計画死した細胞が層を成して
防護壁になってくれてますからね

たとえ
長時間お風呂につかったところで
その表面が
ちょいふやけるくらいです

でも、粘膜部分は比較的
水を通しやすいですね
つまり、口腔や鼻腔
あと（カットしました♪）

ここで
表皮に守られてない細胞――

例えば
血液の中の
赤血球なんかに
焦点を当ててみましょう

「細胞」って聞くと
つい肉肉したものを
イメージしがちですが
これも立派な細胞ですからね

赤血球の中も外も
普段は決まった濃度の体液で
一定に保たれてます

あの例の、見る人によっては
ぷにぷにしてみたくなったり
おいしそうだったり
卑猥に見えたりする形は――

この濃度の中であってこそ
維持できるものです

例えば
赤血球を取り出して
真水に浸けると――

水が入って膨らんで
最後に破裂します

いわゆる
「溶血 (Hemoly sis)」
ですね

反対に
濃い塩水に浸けると――

…まあ
破れはしませんが
水分が抜けちゃって
しおしおになります

こんな感じで
なにかターゲットとなる液体を設定して
基準に取ったとき――

それより濃度が
低いのを「低張液 (hy poto nic)」
高いのを「高張液 (hyper tonic)」
おんなじのを「等張液 (isot onic)」と言います

そして、人体にとっての等張液となる
濃度0.9wt%の食塩水のことを
「生理食塩水 (normal sa line)」
と言います

…うん
わかってると思いますけど
おにいちゃんが今頭の中で思い浮かべた
最低の下ネタは――

過去、幾千幾万の人達が
一瞬脳髄をかすめても
決しておくびにも出すことなく
墓場まで持ってったものです

その
悠久に連なった、歴史の重みを
無数に織り重なった、民草の想いを
どうか肌で感じてください

わかりやすく言いますと
自重してくださいクソおにい

注射剤や点滴
輸血などの輸液
患部の洗浄液等は
全てこの濃度になってます

でないとやばいです
パーンです

あと、スポーツドリンクで
「アイソトニック飲料」とか
「ハイポトニック飲料」とか
聞きませんか？

アレ
体液と比較した濃度のことです
吸収のされやすさが
違うんだそうです

国語で
「傷口に塩を塗る」
なんて慣用句がありますね

そりゃあ
傷口に粗塩をザリザリ塗りこんだら痛いですし
濃い塩水になって
体液が滲み出てヤバイです

「古事記」の
「因幡の白兎」のエピソードは
なかなかにトラウマティックです

でも
ちゃんとベストな濃度の生理食塩水で洗うのなら
純水よりもしみなくて
患部にも優しいんですよ

人体だけでなく
基本的に
あらゆる生物の細胞膜は
全て半透膜です

表皮や体毛
鱗みたいに
防水可能な変形をしないと
簡単に水が出たり入ったりします

例えば
全身粘膜のナメクジやカタツムリは
塩をかけると
溶けて死にますよね

…いや
「ますよね？」って言うほど
実際にやったことのある都会っ子は
少ないかもしれませんが……

あれは
表面に高濃度の食塩水ができて
それに水分が全部吸い出されるからです

つまり
溶けてるんじゃなくて
干からびて縮んでるわけです

なお、逆に
真水につけると
膨らみます

で
膨らんだことによる
内側からの圧力増加と
釣り合ったところで止まります

さすがに破裂はしません
水に濡れることくらいは想定済みで
システム組んでますからね
どっかの偉い人が

あと
似てるからって
海辺の軟体動物に塩をかけても
案外へっちゃらです

あいつら
元々の体液濃度が高い上に
濃度調整できますからね

ほら
イカの塩辛って
しこしこしてて
おいしいじゃないですか

他の大抵の動物の肉は
あんなに塩に漬けたら
カチカチかパサパサになります

海洋生物は
逆に、真水に弱かったりします
特に、沖以降の魚介類は

「イカに真水はイカン！」
っていうのを
最近知ったおにいちゃんも
多いんじゃないでしょうか？

海釣りでも市場買いでも
保存方法と調理方法を
よくご確認ください

お漬物の類は
浸透によって
汁気を染み出させてます

水分が減る上に
乳酸菌等による発酵で酸性化することで
保存性が高まります

食塩水自体は中性ですので
酸化還元反応で
細菌を退ける力はありませんが――

浸透により
細胞から水分を奪いますので
耐塩性のない雑菌に対しては
抗菌効果があります

ただし
浅漬け程度の漬かり具合では
さほど効果は望めません

食中毒に気をつけて
お早めにお召し上がりください
夏場はお弁当に入れないのが無難です

植物には細胞壁があるので
水分が抜けても
比較的元の形を保ちます
ちょっとヘタるくらいです

…青菜に塩（ぼそっ）

お肉は
塩こしょうを振ると
水分が出てきます

加工肉にして保存するのなら
願ったり叶ったりですが――

ステーキとかで
新鮮なのを食べたいのなら
肉汁が出ちゃって
不味くなります

下味を付けるのは
焼く直前にしましょう

肉汁は
料理対決の最重要フラグですからね……

あと、角煮とかの煮物系も
下茹でもせず
いきなり濃い調味液で煮込むと
縮んでカチカチになります

トロットロなのを期待して
長時間煮込んだ末の絶望感は
計り知れません
ご注意ください

冷凍シーフードとかは
適度な濃度の塩水で
ゆっくり解凍するといいです

でないと
細胞が壊れてパサパサになったり
ドリップが出て生臭くなったりします

それにしてもアレですね
今回なんか
家庭科っぽい内容ですね

まあ
「料理は科学」ですからね
ここを履き違えると
食に関わるお仕事はやっていけません

ところで
海のお魚って
食べてもしょっぱくないですよね？

そう
ほとんどの海棲生物の
体内の濃度は
海水よりもだいぶ低いです

ですので
ほっとくと
水が抜けてっちゃいます

だからあの子ら
結構苦労してるんですよ
海水から水分だけ取って
塩分は強引に戻して……

…つまり
脱塩処理を常に行ってます
エラのところで
呼吸と一緒に

淡水魚はその逆です
余分な水が入ってきちゃうんで
しょっちゅうおしっこしてます
じょじょじょです

こちらは
貴重な塩分やミネラルまで
出て行かないように
ほぼ真水を排泄なさるそうです

サメとかエイとかはちょっと特殊で
体内の濃度を高めて
海中に水が出ちゃうのを防いでます
主に尿素で

ほとんどの動物は
消化の最終段階の不要物として
尿素、尿酸、またはアンモニアを
生成します

イメージとしては
窒素をベースに
いらんものをくっつけて
ぺーする感じです

しかし
それを排泄せずに
再利用することに気づくとは
やはり天才か…

その仕組みの影響で
この手の生物は、死ぬとすぐ
体中の尿素が分解して
アンモニアに変わります

「毒」と言うほどの量じゃありませんが
フカヒレやエイヒレのように
上手く処理しない限り
臭くて食えたもんじゃありません

ま
アンモニア臭を
風味として楽しむ食文化も
あるにはあるんですけどね…

クジラやイルカなんかは
まあもともと肺呼吸ですし
浸透で抜けちゃう水は
比較的少ないのですが――

一応
海水を飲んで、更に濃い尿を出す
つまり、体内濾過で
水分を補給できるようになってます

とはいえ
自然な浸透の流れに逆らう方向ですので
そのための仕組み（逆浸透）と
それに見合ったエネルギーが必要になります

これがどうやら
結構しんどいらしく――

なるべくなら
「俺に喰われるために薄味でいてくれたお魚さん」
とかから
水分を摂りたい感じなんだそうです

他にも
海水よりも濃い液体を
作って出せる生き物として
海鳥やウミガメなんかがいます

こっちは
おしっこじゃなくて
涙や鼻水の形で排出したりします

ウミガメの涙は
海よりもしょっぱい
ってことですね

あと、そういった理由で
あいつら産卵とか関係なく
海中でもしょっちゅう泣いてます
感動を返せ

さて、この
「海水を飲んで水分補給」
という行為
人間にはできません

つまり
海水よりも「濃い」体液を作る機能が
人体には備わってません
（※ 主にナトリウム濃度）

ですから
喉が渇いたからといって
海水は絶対
飲まないでください

海水をゴクゴク飲むと
「やべえ濃い、塩出さないと死ぬ」
ってなって
排尿や発汗が進みます

おにいちゃんの体にとって
水分を失うことよりも
体内のナトリウム量が異常な方が
「危険」と判断されるわけです

ところが
排出液の濃さには限界があるので
飲んだ海水以上の水分を
体中からかき集めることになり――

脱水症状がさらに進んで
喉がもっと乾きます

…というわけで
たとえ遭難して、水がなくて死にそうでも
海水は飲まないでください
余計苦しくなります

血や尿
その他の体液なら
まあ飲んでも大丈夫です

自分のだか
動物のだか
ご都合で一緒に遭難した少女のだかは
知りませんが――

手に入る一番薄い液体が
それしかないなら
迷わずぐっといっちゃってください

そうなのです
これは
『超法規的措置』！

見　な　か　っ　た　こ　と　に　し　よ　う　(＾o＾)b

ちなみに
「醤油を一気飲みすると死ぬ」
というお話も
要は塩分の過剰摂取です

人体の
ナトリウムイオンを含む
体液の正常な組成が破れると――

細胞の代謝
つまり
呼吸のシステムが壊れて
容易に死に至ります

そうならないように
血液の濃度を調整してるのが
腎臓です

つまり
おにいちゃんの無茶振りに
腎臓ちゃんたちが耐えられるかどうかが
勝負の分かれ目、ということです

普段からも
あまり無理させると
腎機能が低下して高血圧になったり
腎不全になって人工透析が必要になったりします

塩分の摂り過ぎには
くれぐれもご注意ください

一度体に入ったものが
「いらない」　（じょばー）
…って簡単に出せると思ったら
大間違いですからね

あ、あと、おしっこと違って
うんこは正真正銘
食べたものが消化器官に揉まれた末の
成れの果てです

通り道の老廃物くらいは
巻き込めますが――

全然関係ないところにある
体内の不要物や毒素を
送り込んで一緒に排出する機能は
ありません

巷では最近
「デトックス(detox)」
とかいう言葉が
使われだしましたね

ざっと調べてみましたが
ここで言う「毒 (toxin)」とは
重金属とか、化学薬品とか
活性酸素とか、悪玉菌とか――

とにかく
思い付く限りの悪役を指すらしく
「あー、そういう切り口で来たかー…」
という印象でした

おにいちゃんがもしもそこに
人として当たり前の
「快眠・快食・快便」を超えた
「何か」を期待しているのでしたら――

お気の毒ですが
「美容」や「健康」といった提灯をぶら下げた
この社会の深海魚に
おいしくいただかれるものと思ってください

なお
先ほどアイは
「うんこで毒素は排出されない」
とご説明しましたが――

消化器官内の老廃物や宿便
というか便そのものを
「毒物」と分類してしまうと
その瞬間に――

質量比にして
「体内のほとんどの毒素が
　大便として排出される」
という、真逆の結論に早変わりします

この手の詭弁
 海千山千の似非科学者には
お手のもんです
よーくご注意ください

…ｺﾎﾝ
そろそろ話を戻しましょう

さて
こんなにも身近な
浸透現象――

この図解だと
網目よりちっちゃい水分子が
「すいー」っと抜けていくイメージですが――

実際は
そんなにスイスイ素通りできるわけではなく
結構無理矢理グイグイ
押し通る感じになります

「そんなにしたら膜破れちゃうー＞＜」
…とか
「お前何人くわえ込んだんだよガバガバやないか！」
…とかなりそうですが――

案外
使い込むほどこなれてくる名器です
安心してください

でも
分子が押し通るにあたって
膜に圧力が発生します

…さて
ここでようやく登場するのが
「浸透圧 (os mot ic press ure)」
と呼ばれる概念です

浸透圧とは
この式で表される
圧力と同じ単位の物理量です
ファントホッフの式 (Van't Hoff eq uation)と言います

同じお方の看板で
平衡状態の変化を示す
小難しいのもありますので
ご注意ください

式の中身を
見ていきましょう

これはイオンのモル濃度
何のイオンかは問いません
何種類もあれば
全部足してください

例えば
食塩 1 mol を溶かすと
電離して 2 mol になります
計算にご注意ください

単位は「Osm/L」
(o smole per litter) とかをよく使います
水1リットル中に
何molのイオンが入ってるかを示します

単位がSI（国際単位系）じゃないので
ご注意ください
毎立法メートルにするには
1000倍しないとダメです

もしくは
「mOsm/L」なら
そのまま使えて便利です

で
これがお馴染みの
気体定数（ideal gas const ant）
ホントは液体なのにね

最後のは絶対温度
あったかいとつおいです

これ
理想気体の状態方程式と
完全に一致しますね

「神様まじかっけーっす！」と褒めるべきか
「え…手抜きっすか？」と突っ込むべきか
おにいちゃんはどっちだと思います？

この浸透圧
 ネーミングから言って
物理的な圧力と勘違いしがちですが――

液体それぞれが持つ
固有のパラメータですので
注意してください

半透膜を隔てて
2つの液体が接しているとき――

それぞれの浸透圧を比べて
勝った方が
その差額のぶん
攻撃を食らいます

…まあ
「水からのモテ度」
とでも考えれば
あべこべにならず覚えられると思います

例えば
人体 vs. 水を
さくっと計算すると
7気圧もかかる計算になります

「死ぬんじゃないか？」
と思いますけど
なんか大丈夫です
圧力関係って感覚狂いますよね

式をご覧の通り
同じ温度条件下なら
浸透圧は電解質濃度に
単純比例します

これを元に
めぼしい物をわかりやすく並べると
こんな感じになります

醤油とか死海とか
ヤバイですね
跳ねて目に入るとくっそ痛いです
ただちによく洗い流してください

ソフトドリンクだと
乳酸菌飲料が高いですね
清涼飲料水や果汁飲料も
そこそこあります

「味が濃厚」とか
あんまり当てにならないので
ご注意ください

同じオスモル濃度でも
塩水と砂糖水じゃ
味覚が感じる「濃さ」が
全然違います

お酒類は全般的に
浸透圧がかなり高めです
水分補給は出来ないものと思ってください

炎天下でビールとか
運動後やお風呂上がりにスカッと一杯とか
結構危険だったりします

居酒屋でも
アルコール度数とは別に
「濃い」お酒と乾き物ばかりだと
脱水症状になる恐れがあります

お酒強い自慢とか
アルハラとかいらないんで
適度に烏龍茶とか挟んでください

おにいちゃん（人間）
の格付けは
ここです
（約30 0mOsm/L）

血とか■■とか
もっと濃そうなイメージですが
多分感情が入ってます
色味とか粘っこさとか無関係ですしね

さて、これらの液体が
おにいちゃんの細胞と接した時
ここから遠ければ遠いほど
強い力が働きます

プールで泳いでて
鼻に水が入ると
「ツーン」としますよね

泳ぐのが苦手な人の
理由のほとんどは
アレなんじゃないかと
アイは睨んでます

アレ実は
浸透圧のアンチクショウが原因です

水が、鼻腔粘膜を通して
濃い体液がある
内側の毛細血管に入り込もうとして
痛みが発生するわけです

海水浴のときも
やっぱ痛いですが
これは逆方向――

つまり
鼻腔粘膜から外へ
水分が出ようとしている状態です

人体の孔のうち
鼻と目は特に粘膜が薄く
水分の透過性が高いので
このような痛みが発生します

一方で
口、というか
消化器官の消化物に触れる側は
いちいち痛くならないようになってます

同じく
■■や■も
異物接触に備えてるので
大丈夫です

男性の■■の先っぽは
剥け始めは痛いですが
そのうち表皮が厚くなって
慣れるようにできてます

…まあ
今はそっちの部位は
どうでもいいとして――

じゃあ
真水でも海水でもなく
等張液が鼻に入ったら
どうなるでしょうか？

実はなんと
痛みが発生しません

濃度が同じですので
浸透圧が釣り合って
キャンセルされます

自分の鼻水で
自分の鼻が痛くないのも
それが等張液だからです

ですので
同じ濃度である生理食塩水なら
鼻に入っても
痛くもなんともありません

これ、初めてだと
結構不思議な感覚ですよ
水が鼻奥を
つるっと素通りするっていうのは

一度
生理食塩水のプールで
泳いでみたいものです

シンクロごっことか
鼻栓なしで
楽々できそうです

そんなわけで、以上を
[理論編]
と題しまして、壮大な前振りとし――

次の[実践編]では
「鼻うがい」のやり方について
お話しします
ぬるっとお進みください

ご視聴ありがとうございました
 またね

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